为开发核电池，日本团队利用加工核燃料所产生的副产品

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研制新能源电池是各国研究团队追逐的热点方向。近期，来自日本的研究人员开发出一种利用核燃料副产品——贫铀的可充电电池，它有望缓解风能和太阳能的间歇性问题。

铀浓缩加工成核燃料的过程中会产生浓缩铀以及副产品贫铀(depleted uranium)。

贫铀所含的可裂变核素铀-235(自然界唯一能发生可控裂变的同位素)较少，本身无法再被用作反应堆燃料，属于废料；但它具有微弱放射性，其化学毒性与天然铀相当，高剂量接触会损伤肾脏，因此不可随易弃置，只能封存处理——日本核电产业遗留的1.6万吨贫铀就是个典型案例，美国能源部则存有约75万吨贫铀。

值得一提的是，凭借高密度特性，贫铀已被用于穿甲弹和医疗辐射屏蔽等领域。而现在，来自日本原子能研究开发机构(JAEA)的科学家团队竟成功将贫铀转化成可充电电池！

团队表示，这种可充电铀电池称得上全球首创，其充放电性能已经得到验证，未来有望替代大容量锂离子电池，帮助风电场和太阳能电站等可再生能源设施稳定输出电力。

“虽然仍处于早期研发阶段，但该技术或可将核废料转化为资源。”

JAEA团队于今年3月公布了研发成果，并就电池技术作出概述。虽然未透露后续将在何时何刊发表包含详细信息的论文，但他们明确介绍了一些关键技术细节：原型是一种液流电池，可将能量储存于两个装有液态电解液的储罐，两罐电解液各带正负电荷，罐体越大，电池容量越高。液流电池是一种非常适合风能、太阳能等间歇性可再生能源的储能技术。

电解液被泵入电池堆后在电极处发生反应、产生电能。原型电池使用铀作为负极的活性材料，铁作为正极活性材料。电解液由有机溶剂和含阴阳离子的盐类混合而成，在100°C以下呈液态。

大约25年前，日本东北大学和京都大学的学者就曾提出可充电铀电池的构想。

JAEA的研究员大内一树(Kazuki Ouchi)表示，他们最新设计的这种铀电池的关键突破在于引入铁元素，即利用不同氧化态的铁离子稳定电解液；将铁电解质与铀电解质结合后，电池实现了1.3伏工作电压。

1.3伏的单电池电压已接近普通1.5伏碱性电池的水平，足以点亮小型LED灯。此外，充放电循环10次几乎无损电池性能，这展现了稳定性。

在充放电循环过程中，铀电解液的颜色从绿色转变成紫色，又从紫色切回蓝色，这反映了氧化态的变化。

当被问及贫铀的安全隐患时，团队表示可通过特定屏蔽措施解决问题。

大内一树指出：“就实验室规模的原型电池(含约3毫升电解液)而言，其铀放射性不构成威胁。当然，铀放射性虽低却也不可忽视。”团队计划评估电池辐射量，并研究大容量设计的屏蔽结构。

另一方面，团队目前正开发包含电极的液流电池，以追求更高容量。更大规模设计将使用650吨铀，储能达3万千瓦时，相当于日本3000户家庭日用电量。

牛津大学专家戴维·豪伊(David Howey，未参与相关工作)评价称：“铀电池作为非水电解质性能的测试案例，带来了令人惊喜的新东西，但其安全性和重量问题也不可忽视。”

铀电池还将面对来自现有技术的竞争。现有的固定储能技术，例如锂离子电池和液流电池，经过了多年发展和规模扩展，比新技术更具成本优势。

豪伊说道：“任何新技术都必须提供一条能通过规模化将成本控制到极低水平的路径。就可充电铀电池而言，这条路径是什么，以及它在环境和政治层面是否可接受，都还不明确。”

大内则认为，在以核电为能源政策基础的国家，随着发电量增加，预计贫铀存量未来也将不断增长，它们给铀电池供应充足原料。

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